智能制造背景下专业类实验室建设与人才培养

王海涛, 梅雪松, 许睦旬, 徐学武

(1.陕西省智能机器人重点实验室，西安 710049；2.西安交通大学 机械工程学院，西安 710049；3.西安交通大学 城市学院，西安 710018)

0 引 言

智能制造作为新型的生产方式，融合了新一代信息通信技术与先进制造技术，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节[1-3]。为深化落实“中国制造2025”战略，推进制造产业转型升级，加速实现智能制造，近年来国家加大了对智能制造项目的扶持力度，工业和信息化部在2015～2018年累计公示了“智能制造试点示范项目”4批次306个，在2016～2018年立项培育“智能制造综合标准化与新模式应用项目”3批次509个。项目涵盖了众多制造业领域，不但包括化工、钢铁、有色、汽车、机床等传统制造业产业，还涉及节能环保、新一代信息、生物、新能源、新能源汽车、高端装备制造和新材料等战略新兴产业。智能制造装备和先进工艺通过在典型行业中的不断探索，逐步形成了一些可复制推广的新模式，然而现行高等教育培养的人才却难以满足我国制造业智能化进程的需求，高层次工程科技人才的缺乏严重制约了我国智能制造产业的发展[4]。如何培养智能制造领域的工程科技人才，已经成为我国工科院校当前的重要任务和使命担当。现结合机械工程学院专业类实验室的建设实践，探索一种“能力优先、多元支撑、项目驱动、产业协同”的人才培养新模式，促进了产教融合与校企合作，提高了学生实践能力和创新意识，为专业类实验室人才培养模式创新提供了有益的借鉴和启示。

1 当前存在的问题

(1) 人才培养模式单一。系统性、适应性、灵活性较差，面向工程实际的设计与实践环节严重缺失，工程人才培养脱离产业发展的实际需求。当前国内大部分高校专业课程体系的设置与建设严重落后于产业需求，未能跟上科技进步和产业发展的变化趋势做出适时调整，高等教育人才培养体系主要侧重于理论传授与学术前沿探索，致力于培养各类学术型人才，工程教育长期以来处于弱化状态，应用型人才教育未得到应有的重视，专才教育存在一定程度的缺失[5]，导致我国的工程科技人才培养存在设计训练缺乏、实践环节薄弱、课程综合性实用性不足、单一化和趋同化现象严重等问题[6]。同时，由于国家和行业主管部门、企业对工程教育管理的责权利不明确、扶持政策和激励措施落实不到位，我国工科高校与工业企业、科研院所之间缺乏紧密联系和有效协作，工程教育的层次规格、人才类型、培养结构与产业发展的实际需求严重脱节，有些企业甚至不愿提供实习和见习场所，这样既不利于工程人才培养质量的持续提升，也不利于产业的健康快速发展[7]。根据世界经济论坛最新发布的《2017—2018全球竞争力报告》，尽管我国市场规模(第1位)、宏观经济环境(第17位)等一级指标具有较好的竞争优势，但是与人才培养密切相关的高等教育和培训(第47位)、技术成熟度(第73位)、创新(第28位)等一级指标排名相对靠后，与西方发达国家相比仍存在较大差距[8]。在人才培养的过程中，不仅需要教育行政部门指导和支持高校积极开展工程教育的改革和实践，而且需要国家产业主管部门、产业组织、企业、科研院所等相关单位做好协调工作。

(2) 师资队伍结构不合理，“非工化”现象普遍存在。目前我国工科高校教师队伍中严重缺乏既具有较高的学术理论水平又具有丰富的实践经验和工程背景“双师”型教师，绝大多数工科教师是从校门到校门，虽然具有较强的专业理论水平和科研能力，但是缺少工程历练和产业经验，缺乏现代化工业企业所需的工程设计、组织管理和生产技术等方面的知识储备[9]。另外，目前高校教师绩效评价、职称晋升、科技成果奖励等，多以学术头衔、人才职称为目标，以纵向科研项目和文章数量为标准，高校的这种“非工化”“唯学术论”导向背离了工科发展的初衷，导致越来越多的教师远离工程和产业实践，去追求理论研究[10]。

(3) 实验室建设规划定位不准。资源配置针对性差、效率低，未能充分发挥其在创新型工程科技人才培养中的作用。在管理体制上，不少高校按实验室类型将不同类型的实验室划归不同职能部门管辖，缺乏一个强有力的机构来统筹规划实验室建设和调配实验室资源，导致优质的实验室资源不能有效汇聚。在建制模式上，以教学为主的实验室多数是按课程设置建立单科专业实验室，专业面过窄，功能单一，既不利于进行跨学科、跨专业实验，也不利于交叉学科的“协同创新”；以科研为主的实验室多数是由若干个科研课题组分割资源而形成“单打独斗”式实验团队，与国家重大战略需求和未来产业发展所需构建的跨学科的大团队、大平台相去甚远[11]。

2 专业实验室建设规划与人才培养模式融合

智能制造专业人才多元要素培养体系是指以能力培养、实践创新、产业需求为目标，以培养学生的综合能力为核心，依托多元支撑平台，通过项目驱动、产业协同等方式开展实践探索。该培养体系围绕人才培养过程中的目标设定、实践平台建设、实践环节改革、校企协同育人等多个环节进行具体的改革与实践，充分发挥专业类实验室的作用，提升专业类实验室建设与人才培养的契合度，提高人才培养质量。其总体框架如图1所示。

图1 智能制造人才多元要素培养体系

2.1 能力优先

创新型工程科技人才应该具备多元合理的知识结构、善于解决实际问题的综合能力以及良好的品格素质，创新型工程科技人才的构成要素如图2所示[12]。“能力优先”是指以培养学生的自主学习能力、工程实践能力、创新能力、环境适应能力等为核心目标，坚持以学生为中心、分类培养、因材施教的原则，创新型工程科技人才的培养应当注重知识结构、综合能力、品格素质全面协调发展，着力促进通识教育和专业教育、理论教学与实践教学的相互融合，切实推动知识能力与素质培养的有机结合。

图2 创新型工程科技人才的构成要素

2.2 多元支撑

“多元支撑”是指基于办学条件、为实现人才培养目标所建立的多元支撑平台，包括国家级、省部级、地市级等各级重点实验室，校级、院级师生教学科研平台，产业技术创新联盟，校外实践培训基地等。

2.3 项目驱动

“项目驱动”是以提高学生的科技创新精神和创业能力为主要目标，建立“以赛促创”“以项目促创”的能力培养机制，引导学生自主走上科技创新之路。面向工程应用和产业需求，以教师科研项目、大学生创新创业项目、学科竞赛以及学生自发创意、自主创新、商机发现项目为驱动[13]，构建成果导向的研学体系，加强专业课程与双创教育的融合，突出学科、专业、产业协同，使学生在实验探索中增长知识、在竞赛中提升能力、在科研中突破创新。

2.4 产业协同

“产业协同”是采用“学生—教师—企业”三方联动运行模式，将教师作为学生与企业沟通交流的枢纽，打通产学研各方的交流通道，加强信息反馈，尽量保证专业定位和人才培养目标与企业实际需求相适应，着力推动产教深度融合，实现校企优势互补、互惠共赢。采用图3所示的“渐进式”实践培养模式，通过合理设

图3 “渐进式”实践培养模式

置验证性实验、综合设计性试验、开放创新性实验、CDIO实验、创新创业实践、科研项目训练等实践环节来培养学生的动手能力、独立思考和解决问题的能力、团队协作能力、工程实践能力、创新能力，进一步提高学生的综合素质，使其具备终身学习能力和更好的环境适应能力[14]。

3 实践与成效

该培养体系目前得到应用，并已初见成效：

(1) 学生综合素质获得大幅提升，就业质量稳步提升[15]。在该培养体系实施过程中，大量的实践案例激发了学生的学习兴趣，使他们有目的、有意识地去完善知识结构和提高创新能力，各类实践项目的圆满完成使学生具备了一定的综合工程应用素质和能力。近3年来，有11篇毕业设计(论文)获“西安交通大学本科生优秀毕业设计(论文)”；学生就业率和就业质量稳步提升，学院学生一次性就业率达到98%以上，被中航工业、中航科工、中核工业、中船重工、中车集团等国家大型装备制造企业录用的毕业生数量逐年增多，学生毕业后经过2～3年的锻炼多数已经成长为技术骨干，人才培养质量得到了企业的普遍好评和认可。学生创新思维和创新能力进一步提升，在全国创新创业大赛、学科竞赛等赛事中屡创佳绩，在2016年第二届中国“互联网+”大学生创新创业大赛获得金奖，在2017年全国虚拟仪器大赛获得唯一特等奖，在2018年全国大学生机械产品数字化设计大赛获得特等奖1项、一等奖5项、二等奖6项，在2018年第八届全国大学生机械创新设计大赛获得一等奖12项，二等奖2项，其中5项作品推选进入“中国好设计”大赛。

(2) 推动教师积极开展教改新模式探索与实践。将科研成果融入教学内容，有效提升了教学效果[16]。在教学改革过程中，重视科研对教学的促进作用，把最新的科研成果带入课堂中，把最新的知识和信息传递给学生，提升了教学的深度和广度，保证了教学质量的不断提高，取得了较为丰富的教学成果和经验，并形成了研究报告、教研论文等多种形式的教学成果材料。相关成果在2017年获得陕西省教学成果特等奖2项，校级教学成果二等奖1项。

(3) 结合产业实际需求，实现校企协调联动。机械工程学院以国家对工程人才的需求为导向，紧密结合地方产业特点及转型升级的需求，依托专业类实验基地和共建平台，设立了“高端装备”“智能制造”“大数据”“机器人”“增材制造”等多个不同的专业方向，优化课程和实践项目设置，设计了面向产业需求的校企合作实践教学方案。在哈尔滨、十堰、宝鸡、西安等地与10多个企业签订了校企合作协议，建立了产学研

一体化的实习实训基地，探索了人才协同培养模式，构建了人才培养生态链，最终形成了校企共建双赢机制(总体架构见图4)。

图4 培养目标、专业方向与支撑条件的关系

4 结 语

针对普通高校在创新型工程科技人才培养方面存在诸多问题，分析给出了若干富有建设性的实施措施，立足行业和地方经济发展需要，围绕人才培养目标和学科建设要求，以培养学生的自主学习能力、实践能力、创新能力为核心，依托多元支撑平台，采用项目驱动、产业协同等方式，充分利用各类资源，开展相关实验实践基地的建设，形成了体系化面向创新型工程科技人才培养的实验室建设新局面，使智能制造专业类实验室真正成为人才培养、专业建设、科学研究和社会服务的基地，对高校的相关实验室建设和人才培养具有一定的借鉴意义。